基于因子分析对湖北省麦后棉新品种的评价

2021-10-07赵树琪张华崇闫振华黄晓莉戴宝生李蔚

棉花科学 2021年6期

赵树琪张华崇闫振华黄晓莉戴宝生李蔚

摘要：為研究因子分析法在棉花区试中应用可行性，探讨湖北省麦后棉育种发展趋势。以近年参加湖北省区试麦后棉品种为实验材料，利用因子分析法和聚类分析法对14个品种的17个性状进行分析。通过因子分析，提取6个公因子，可解释全部性状信息的92.041%。其中第一、第四公因子为品质因子，第二公因子为生育期因子，第三公因子为株型因子，第五、第六公因子为产量因子。通过计算各品种的因子得分，发现虽然不同品种因子得分有正负差异，但是均为了提高产量或者改善品质。通过聚类分析，发现14个品种可以分为4个类群，第一类群为EZ12，ZSO7，ZSO3品种，这3个品种马克隆值均较低，纤维细度较好;第二类群为GB521，冈棉11号和华棉1543品种，这3个品种早熟性、产量及纤维品质等表现较好，综合性状表现较好;第三类群为荆棉93、晶华棉116、中棉所99001和福隆棉316品种，这4个品种丰产性好，有高产潜力;第四类群为荆PC10、荆棉94、中棉所94A1822和中9705品种，这4个品种早熟性好，株型较好，纤维品质较好。综合评价认为中9705、冈棉11号、ZS03、华棉1543的早熟性好、丰产、优质，是适应在湖北麦后棉推广的品种。湖北省麦后棉育种在关注产量同时，要协调产量与早熟、产量与品质、品质与早熟之间的矛盾，同时重视抗病性、抗逆性等性状。

关键词：湖北省;麦后棉;区试;因子分析;聚类分析

中图分类号：S562.038文献标识码：A文章编号：2095-3143（2021）06-0015-08

DOl：10.3969/j.issn.2095-3143，2021，06.003

Evaluation of New Varieties of After Wheat Cotton in Hubei Province Based on Factor Analysis

Zhao Shugi， Zhang Huachong， Yan Zhenhua， Huang Xiaoli， Dai Baosheng， Li Wei

（Huanggang Academy of Agricultural Sciences. Huanggang， Hubei 438000， China

Abstract： To study the application feasibility of factor analysis method in cotton regional trials， and explore the development trend of after - wheat cotton breeding in Hubei Province. 17 traits of 14 cotton varieties were ana-lyzed by factor analysis and cluster analysis using after - wheat cotton varieties that participated in cotton region test in Hubei province recent years as experimental materials. By factor analysis， six common factors were extracted which could explain 92. 041% o of the information of all characters. The first and fourth common factors were quali-ty factors. The second common factors were growth period factors. The third common factors were plant-type fac-tors， and the fifth and sixth common factors were yield factors. By calculating the factor scores of each variety， it was found that although there were positive and negative differences in the scores of different varieties， the yield or quality could be improved. Through the cluster analysis showed that the 14 cultivars could be divided into four groups. The first group is EZ12， Zs07 and Zs03. The three cultivars had low micronaire values and good fiber fine-ness. The second group is GB521， Gangmian 11 and Huamian 1543， these varieties perform well in early maturity yield and fiber quality， and the comprehensive character performance was better. The third group is Jingmian 93 Jinghua 116， CRI 99001 and Fulong 316. These four cultivars had good yield and high yield potential. The fourth group is Jing PC10， Jingmian 94， CRI 94A1822 and Zhong9705. These varieties had earliness， short stalk and fine quality. In the comprehensive evaluation， Zhong9705， Gangmian 11， Zs03， Huamian 1543 and other varieties with earliness， high yield and fine quality were suitable for promotion in Hubei after-wheat cotton. In the breedin of after-wheat cotton in Hubei province， the contradiction between yield and early maturity， yield and quality quality and early maturity should be coordinated while paying attention to yield. At the same time， the traits such as disease resistance and adversity resistance should be paid attention to.

Key words： Hubei province; After wheat cotton; Regional trial; Factor analysis Cluster analysis

因子分析法是一种用来研究存在于同一系统中多个可观测变量之间相互关系的多元统计分析方法，广泛应用于医疗学1、地质学[2、经济发展学3等领域。后来在作物遗传育种中用以解析作物品种多个数量性状间复杂关系研究，特别是在水稻[4-5、小麦[6-81、玉米[9-1]、油菜[12-13]、大豆[14-15]等作物自交系、杂交组合、品种等农艺性状、生理生化性状及品质性状等，育种者能够在各个世代进行选择和性状改良，提高选择效率和预见性。

品种区域试验和生产试验是棉花新品种审定及应用推广的必要程序。区域试验一般进行两年，通过两年定点鉴定，对新品种丰产性、抗病性、适应性，纤维品质优劣进行鉴定，是新品种在审定、推广前重要的环节。目前，对区试结果综合分析和评价的研究普遍，较多采用方差分析、联合方差分析[、灰色关联度分析[18-19]、聚类分析[20]等方法。将因子分析应用于品种区域试验更多是偏于品种优劣和选育改良的方向。笔者对2018-2019年两年均参加湖北省区域试验的麦后棉品种利用因子分析进行评价，研究各个性状间的相关关系，有利于把握麦后棉育种趋势，以期为麦后棉品种选育、品种改良提供参考。

1材料与方法

1.1供试材料

试验材料为2018-2019年湖北省棉花区试麦后棉组的棉花新品种，2018年参加的品种（系）有EZ12、GB521、Zs03、Zs07、福隆棉316、冈棉11号、华棉1543、荆93、晶华116、中9705、99001（中棉所选育材料），2019年参加的品种（系）有GB521、Zs03、冈棉11号、华棉1543、荆PC10、荆棉93、荆棉94、晶华棉116、隆福棉316、94A1822（中棉所选育材料）、99001，其中GB521、Zs03、冈棉11号、华棉1543、荆棉93、晶华棉116、隆福棉316、99001是參加区试两年。

1.2试验方法

试验在湖北省黄冈市农业科技示范园进行，随机区组设计，3次重复，小区面积20m2，种植密度60000株/hm2（Zs03、Zs07、隆福棉316等有限果枝类型种植密度为72000株/hm2）。田间调查各品种的生育期、株高、果枝数、第一果枝着生节位、单株铃数;室内考种测定衣分、籽指、单铃重等;纤维品质检测上半部平均长度、整齐度、断裂比强度、马克隆值、伸长率、反射率、黄度、纺纱均匀性指数，由农业农村部棉花品质监督检验测试中心（安阳）完成;小区分批收获，测定实际产量。

试验分析性状为生育期（X1）、株高（X2）、果枝数（X3）、第一果枝节位（X4）、籽指（X5）、衣分（X6）、皮棉产量（X7）、单株铃数（X8）、单铃重（X9）、上半部平均长度（X10）、整齐度（X11）、断裂比强度（X12）、马克隆值（X13）、伸长率（X14）、反射率（X15）、黄度（X16）、纺纱均匀性指数（X17）。

试验数据采用Microsoft Excel 和SPSS19.0软件进行统计分析。

2数据分析

2.1供试品种主要性状相关性分析

供试品种的主要性状相互间的相关系数见表1。由表1可知，生育期与果枝数呈现显著负相关，与皮棉产量呈现极显著负相关，与纤维伸长率呈极显著正相关;株高与单株铃数呈现显著负相关，与皮棉产量呈显著正相关;单株铃数对皮棉产量相关性较低，相关性系数仅-0.01;果枝数对皮棉产量影响达到显著正相关;单铃重与衣分呈现显著正相关;纤维上半部平均长度与马克隆值呈现极显著负相关，与黄度呈显著负相关，与反射率、纺纱均匀性指数呈极显著正相关，与断裂比强度呈正相关，但未达到显著性水平;马克隆值与纤维伸长率呈极显著负相关，相关性系数为-0.73，与黄度呈显著正相关，相关系数0.63。

2.2因子分析

以14个参试品种的17个性状进行因子分析，得到相关矩阵结果见表2。按照最小特征值大于1的原则，保留前6个公因子即F1、F2、F3、F4、F5和F6.6个因子方差贡献率见表3，累计方差贡献率可达到92.041%，能够很好地反映出17个性状所代表信息。

因子分析目的不仅仅是找出公因子，更重要的是明确每个因子的生物学意义，由于初始因子代表变量不十分突出，对初始因子荷载矩阵进行方差极大正交旋转变换，旋转后使得因子生物学意义更加突出，结果见表3和表4。旋转后提取6个因子方差贡献值（特征值），方差贡献率有所变化，但是6个公因子方差累计贡献率没有变化。

从正交旋转后因子载荷矩阵（表3）可知，第一公因子中载荷值最大的是X13，为0.936，其次为X10和X15，分别为-0.887和-0.841，其他因子载荷值较小，说明因子1主要反映了马克隆值、上半部平均长度和反射率等纤维品质性状，因而该因子可称之为品质因子;第二公因子中生育期、伸长率载荷值高，分别是0.916、0.815，所以认为第二公因子为生育期因子;第三公因子中株高载荷值最高，为0.917，第一果枝节位次之，为0.873，因而第三公因子为株型因子;第四公因子中断裂比强度、纺纱均匀性指数和整齐度度指数载荷值居前3，分别为0.860、0.705和0.623，所以认为第四公因子为品质因子;第五公因子中籽指载荷值最高，为0.882，单铃重次之，为0.610，因而第五公因子为产量因子;第六公因子中载荷值最高的是单株铃数，为0.842;其次是衣分，载荷值为0.811，所以认为第六公因子为产量因子。

根据表4，得分系数矩阵得到前6个因子表达式如下。

Z1=-0.015X1-0.16X2-0.044X3+0.006X4-0.110X5-0.007X6-0.020X70.078X8-0.081X9-0.246X10+0.135X11+0.078X12+0.346X13+0.144X14-0.207X15+0.173X16-0.134X17;

Z2=0.330X1-0.055X2-0.220X3+0.118X4-0.074X5+0.087X6-0.262X7-0.070X8+0.041X9-0.012X10+0.182X11+0.025X12+0.085X13+0.302X14-0.017X15+0.024X16+0.054X17;

Z3=0.059X1+0.388X2+0.040X3+0.352X4-0.122X5+0.094X6+0.28X7-0.117X8+0.077X9+0.027X10-0.031X11+0.090X12+0.089X13+0.111X14+0.109X15-0.031X16+0.001X17;

Z4=0.149X1-0.037X2-0.019X3+0.139X4-0.066X5+0.075X6-0.038X7+0.128X80.175X9+0.013X10+0.312X11+0.496X12+0.213X13-0.081X14+0.102X15+0.085X16+0.307X17;

Z5=0.013X1-0.115X2+0.231X3-0.009X4+0.488X5+0.039X6-0.128X7-0.024X8+0.313X9+0.057X10+0.013X11-0.124X120.227X13-0.176X14-0.123X15+0.225X160.065X17;

Z6=0.130X1-0.140X2+0.033X3+0.137X4-0.080X5+0.424X6+0.048X7+0.485X8+0.126X9-0.017X10-0.17X11+0.154X12-0.082X13-0.178X14+0.037X15+0.030X16+0.037X17;

Z1代表品质因子，解释所有原始性状信息的25.904%;Z2代表生育期因子，可解释所有性状原始信息的21.053%;Z3为株型因子，可解释原始性状信息的18.796%;Z4为品质因子，可解释原始性状信息的11.897%，Z5、Z6均为产量因子，各解释原始性状信息的8.168%和6.223%。

2.3各个品种因子得分分析

为了更加直观的观测每个品种表现，提取6个因子，以每个因子方差贡献值为权重，构建综合评价指数F综合=0.25904Z1+0.21053Z2+0.18796Z3+0.11897Z4+0.08168Z5+0.06223Z6，并根据各个品种因子分析得分计算综合影响见表5。

通过品种因子得分，Zs07综合评分最低，Zs07、冈棉11号、华棉1543、Zs03、GB521、荆棉93、中9705的综合得分均为负值，EZ12综合评分最高，为0.746。对照品种晶华116、福隆棉316均为正值。Zs07第一公因子和第六公因子得分均很低，第二公因子为-1.579，说明该品种马克隆值低，纤维较细，早熟性较好，但是该品种单株结铃较少，不易获得高产。中9705第二公因子和第五公因子得分较低，说明该品种生育期较短，早熟性好，籽指较低，衣分较高，有利于获得高产。94A1822第三公因子得分较低，但是第五公因子得分较高，说明该品种株型偏小，籽指偏高，衣分偏低，不易获得高产。福隆棉316第一公因子得分最高，第五、六公因子得分较低，说明该品种马克隆值偏高，纤维较粗，且该品种单株结铃和铃重均不高，不易获得高产。99001第二公因子得分高，说明该品种生育期较长，早熟性一般。EZ12第三公因子得分高，说明该品种植株高大，第一果枝节位较高。ZSO3第四公因子得分最高，第一公因子为负值（为-1.270），仅次于Zs07，说明该品种纤维比强度较好，纤维较细，马克隆值较低，纤维品质较好。冈棉11号第六公因子得分高，说明该品种单株结铃数较好，易获得高产。荆棉93第四公因子得分低，说明该品种纤维断裂比强度可能较差。荆棉94第一公因子得分仅次于福隆棉316，为1.282，说明该品种马克隆值高，纤维较粗。其他各品种各个公因子得分有正有负，有的品种各公因子得分相对较均衡，如华棉1543和荆PC10。虽然育种单位在品种选育过程中关注的目标性状有所不同，但是在关注产量和品质因子的同时，应注重株型因子等性状的选育。

2.4聚类分析

通过17个性状对参加区试的14个品种进行聚类分析。可以将参试品种分到4个类群：第一类群为EZ12、Zs07、Zs03，其中Zs07，Zs03是零式果枝材料，这3个品种都是由湖北省农业科学院经济作物研究所选育，且这3个品种第一公因子均较小，马克隆值均较低;第二类群为GB521、冈棉11号和华棉1543，这3个品种综合得分均为负值，在F1、F3、F4、F5、F6公因子得分均较一致，说明其在马克隆值、株高、断裂比强度、籽指和单株铃数表现较接近，综合性状表现良好;第三类群为荆棉93、晶华棉116、99001和福隆棉316，这4个品种中除了荆棉93综合得分为负值之外，其他3个品种均为正值，且相差不大，说明这几个品种在多个性状具有相同的表现;第四类群为荆PC10、荆棉94、94A1822和中9705，其中中9705得分为负值，且第二公因子得分低，品种早熟性好，94A1822综合得分结余在0和0.1之间，该品种早熟性好，株型较好，但籽指较高，衣分较低，单株结铃较少，不易获得高产，荆PC10与荆94都是由荆州市农业科学院选育，在品质因子和产量因子等多个因子中具有相似的表现，聚类距离较近。

3讨论和结论

本研究中14个参试品种在黄冈试点的表现，针对17个性状进行因子分析，提取6个公因子，能够解释原始性状92.041%的数据信息。提取的6个公因子真实反映了所支配的性状及其相互关系，且每个公因子表现明显的功能，其中F1和F4是品质因子、F2是生育期因子、F3是株型因子、F5和F6均为产量因子。公因子分析结果，能够从统计学量化的角度揭示性状之间的相关关系，发掘不同品种培育的主要目标性状，对湖北省麦后棉育种有一定的指导意义。同时，每个公因子之间存在某种正向或者负向相關关系，在育种实践中要注意这些矛盾，在栽培措施上协调矛盾，才能发挥品种增产增效的潜力。

通过计算品种因子得分，在14个品种中，Zs07综合得分最低，主要是早熟性好，纤维品质较好，但是产量不突出，在育种过程中要注意对其综合性状的改良，特别是协调产量和纤维品质之间的矛盾;EZ12得分最高，该品种株高较高，果枝节位较高，其它因子得分不突出，产量表现一般，在育种中注意控制株高，提高产量。通过因子分析发现，因子得分正负不能完全的代表品种的优劣，要根据具体的因子构成分析。Zs07综合得分最低的原因是第一公因子得分低，而第一公因子是由马克隆值、纤维长度构成，其值为负，说明马克隆值较小，纤维细度较好，是有利性状;EZ12的第三公因子得分最高，第三公因子是株型因子，与株高，第一果枝节位相关，数值较大，说明植株高大，第一果枝节位高，第一果枝节位与早熟性相关，所以EZ12早熟性一般，是不利性状;94A1822综合得分虽然接近于0，但是其第一和第五公因子得分较高、第六公因子低（为-0.992），说明其纤维细度较差、籽指重（有研究表明衣分与籽指负相关）衣分偏低、单株结铃一般、丰产性一般，这与推测较一致。

通过聚类分析，将参试14个品种聚类到4个类群：第一类群为EZ12、Zs07和Zs03，这类品种多为零式果枝材料且纤维品质较好;第二类群为GB521、冈棉11号和华棉1543，这类品种综合表现较好;第三类群为荆棉93、晶华棉116、99001和福隆棉316，这类品种丰产性好、有高产潜力;第四类群为荆PC10、荆棉94、94A1822和中9705，这类品种纤维品质和早熟性均表现较好。通过聚类分析避免了以表面数据做简单的直观评价，同时摒除因个别性状优劣对因子分析造成影响引起的误判，有利于提高研究分析的科学性和合理性。

联合因子分析和聚类分析，结合原始的产量和纤维品质数据进行综合评价。结果表明：湖北省麦后棉育种在提高早熟性的同时要兼顾产量和品质，协调早熟性与产量、早熟与品质、产量和品质等主要的矛盾21-22]，虽然培育出了中9705、冈棉11号、华棉1453、ZS03等一批早熟、高产、优质品种，但是从分析来看，在兼顾产量同时，纤维品质特别是纤维上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值等是麦后棉育种需要持续改良的重要性状。另外，针对湖北省气候特点，品种的抗病性、抗逆性（高温、涝渍灾害等）等也是需要育种者关注的性状。

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